KAROLINA KRYSTKOWIAK ANETTA KUCZYŃSKA MICHAŁ RĘBARZ RENATA TRZECIAK
Instytut Genetyki Roślin PAN, Poznań
Efektywność uzyskiwania haploidów pszenicy
z mieszańców F
1
i ich form wyjściowych
poprzez krzyżowanie z kukurydzą
The efficiency of wheat haploid production from F1 hybrids and parental genotypes
by crossing with maize
Celem pracy było porównanie mieszańców pokolenia F1 pszenicy z ich formami rodzicielskimi
pod względem podstawowych parametrów związanych z efektywnością uzyskiwania haploidów drogą eliminacji chromosomów. Materiał do badań obejmował mieszańce pokolenia F1: Alidos ×
Kobra, Alidos × Kris, Alidos × Mikon, Alidos × Elena, Batis × Charger, Batis × Kris, Kornett × Elena, Kornett × Kobra oraz ich formy rodzicielskie. Formy haploidalne pszenicy uzyskiwano poprzez krzyżowanie z kukurydzą. Doświadczenie przeprowadzono w układzie całkowicie losowym w czterech powtórzeniach. Obserwowano liczbę rozrośniętych zalążni, liczbę zarodków oraz liczbę uzyskanych roślin haploidalnych. U mieszańców Alidos × Kobra i Alidos × Kris uzyskano istotnie więcej zarodków na 100 rozrośniętych zalążni niż u odmian rodzicielskich. Natomiast największy procent roślin haploidalnych na 100 zarodków otrzymano u mieszańców Kornett × Kobra i Alidos × Kris. Uzyskane wyniki potwierdziły zależność efektywności otrzymywania haploidów od genotypu pszenicy oraz wykazały wyższą efektywność uzyskiwania form haploidalnych z mieszańców F1 niż
z ich form wyjściowych.
Słowa kluczowe: haploidy, kultura in vitro, pszenica
The aim of this study was to compare wheat F1 hybrids and their parents in terms of main
parameters connected with the efficiency of haploid production by wheat × maize crosses. The material for the study covered F1 hybrids and parental genotypes of the following cross combinations:
Alidos × Kobra, Alidos × Kris, Alidos × Mikon, Alidos × Elena, Batis × Charger, Batis × Kris, Kornett × Elena, Kornett × Kobra. The experiment was carried out in a complete randomised design with four replications. The number of ovaries, ovaries with embryos and developed haploid plants were observed. The hybrids Alidos × Kobra and Alidos × Kris gave a higher percent of ovaries with embryos than their parents. In Kornett × Kobra and Alidos × Kris a number of haploids per 100 cultured embryos was higher than that in parental genotypes. Our results confirmed influence of genotypes on efficiency of wheat haploidization, and showed the higher effectively of haploid production from F1 hybrids than from parental cultivars.
Key words: haploids, in vitro culture wheat, wheat × maize crosses
WSTĘP
Jedną z metod umożliwiających otrzymanie form haploidalnych pszenicy jest
krzyżowanie tego gatunku z kukurydzą. W następstwie tych krzyżowań dochodzi do zapłodnienia, jednakże w trakcie kilku pierwszych podziałów komórkowych zygoty następuje naturalna eliminacja obcych chromosomów, a rozwijający się zarodek ma ich haploidalną liczbę (Barclay, 1975; Laurie i Bennett, 1986, 1988, 1989). Efektywność uzyskiwania form haploidalnych drogą krzyżowań oddalonych jest uzależniona od wielu czynników, między innymi takich jak genotyp form wyjściowych, technika przeprowadzania krzyżowań, rodzaj i stężenie zastosowanych substancji wzrostowych, warunki kultury in vitro niedojrzałych zarodków (Wędzony i Van Lammeren, 1996; Wędzony i in., 1998). Jednym z nich jest genotyp pszenicy (Suenaga, 1994; Lei i in., 1996; Lefebvre i Devaux, 1996). W hodowli roślin formy haploidalne uzyskuje się najczęściej z mieszańców pokolenia F1. Mieszańce w przeciwieństwie do odmian
wyjściowych są formami heterozygotycznymi i w związku z tym efektywność uzyskiwa-nia z nich form haploidalnych może być wyższa z uwagi na możliwość występowauzyskiwa-nia efektu heterozji.
Celem badań było porównanie mieszańców pokolenia F1 pszenicy z ich formami
rodzicielskimi pod względem podstawowych parametrów związanych z efektywnością uzyskiwania haploidów poprzez krzyżowanie z kukurydzą.
MATERIAŁY I METODY
Materiał do badań stanowiły mieszańce pokolenia F1: Alidos × Kobra, Alidos × Kris,
Alidos × Mikon, Alidos × Elena, Batis × Charger, Batis × Kris, Kornett × Elena, Kornett × Kobra oraz ich formy rodzicielskie. Formy haploidalne uzyskiwano poprzez krzyżo-wanie z kukurydzą zgodnie z procedurą opisaną w pracy Adamskiego i wsp. (2001). Doświadczenie przeprowadzono w 2002 roku w układzie całkowicie losowym w trzech powtórzeniach. Powtórzenie stanowiło co najmniej 5 kłosów zapylonych tego samego dnia mieszanką pyłku czterech odmian kukurydzy: Ela, Mieszko, Melba i Hermes. Zarodki po upływie 15 do 18 dni po zapyleniu wykładano na pożywkę B5 Gamborga (Gamborg i in., 1968).
Przeprowadzone obserwacje dotyczyły liczby rozrośniętych zalążni, liczby zarodków oraz liczby uzyskanych roślin haploidalnych. Uzyskane z doświadczenia dane, wyrażone w procentach, przekształcono wg formuły y = arcsin√x, a następnie obliczono statystycz-nie stosując jednoczynnikową analizę wariancji. Porównastatystycz-nie średnich przeprowadzono wykorzystując test wielokrotny Duncana.
WYNIKI
Na podstawie przeprowadzonej analizy wariancji stwierdzono istotne zróżnicowanie badanych form pod względem wszystkich badanych cech (tab. 1).
Tabela 1 Analiza wariancji dla cech związanych z efektywnością uzyskiwania haploidów pszenicy poprzez
krzyżowanie z kukurydzą
Analysis of variance for traits connected with efficiency of wheat haploid production by wheat × maize crosses
Cecha Trait
Źródło zmienności Source of variation
Liczba stopni swobody Degrees of freedom
Średni kwadrat
Mean square F-stat. Genotyp Genotype 15 238,59 15,83** % zalążni % ovaries Błąd Error 32 15,07 Genotyp Genotype 15 95,25 17,64** Zarodki/100 zalążni Embryos/100 ovaries Błąd Error 32 5,40 Genotyp Genotype 15 453,73 31,51** Haploidy/100 zarodków Haploids/100 embryos Błąd Error 32 14,40 Genotyp Genotype 15 28,46 13,49** Haploidy/100 kwiatków Haploids/100 florets Błąd Error 32 2,11 ** P ≤ 0,01 Tabela 2 Efektywność uzyskiwania roślin haploidalnych pszenicy poprzez krzyżowanie z kukurydzą
The efficiency of wheat haploid production by wheat × maize crosses Genotyp
pszenicy Wheat genotype
Rozrośnięte zalążnie/100 zapylonych kwiatków Ovaries/100 pollinated florets
Zarodki/100 rozrośniętych zalążni Embyos/100 ovaries Haploidy/100 zarodków Haploids/100 embryos Haploidy/100 zapylonych kwiatków Haploids/100 pollinated florets Alidos × Kobra 64,61fg 27,23bcd 54,47bc 9,70bcd
Alidos × Kris 69,11def 36,02a 60,67ab 13,90a
Alidos × Mikon 76,44bc 26,43bcd 48,80cd 10,00 bcd
Alidos × Elena 53,68h 26,80 bcd 46,47d 6,80efg
Batis × Charger 76,29bc 27,00 bcd 50,03cd 10,30 bcd
Batis × Kris 67,71ef 24,07de 44,77de 7,30ef
Kornett × Elena 68,28ef 19,30fg 35,10fg 5,43fghi
Kornett × Kobra 69,22def 20,93ef 63,13a 8,20de
Alidos 65,34fg 16,36gh 29,74gh 3,20ij Batis 73,66cde 13,54h 31,37gh 3,10 ij Charger 81,20ab 25,56cd 49,53cd 10,70bc Elena 83,27a 29,82b 19,58i 1,90j Kobra 66,30fg 18,35fg 39,17ef 4,80ghi Kornett 81,02abc 21,19ef 34,07fgh 5,80fgh Kris 87,04a 28,81bc 35,10fg 8,80cde Mikon 61,12g 24,52de 28,16h 4,20hij
W kolumnach średnie oznaczone tymi samymi literami nie różnią się istotnie na poziomie α = 0,05 Within columns the means followed by the same letters do not differ significantly at α = 0.05
U badanych genotypów obserwowano średnio 71,5% rozrośniętych zalążni, przy czym procent ten u mieszańców wahał się od 53,7 do 76,4, natomiast u form
rodziciel-skich był nieznacznie wyższy i przybierał wartości od 61,1 do 87,0. W powiększonych zalążniach znajdowało się średnio 24,1% zarodków (tab. 2). U form mieszańcowych procentowy udział zarodków w zalążniach wynosił średnio 26,0 i był nieznacznie wyższy od średniej dla odmian wyjściowych (22,3%). Uwagę zwracają mieszańce Alidos × Kobra i Alidos × Kris, u których zaobserwowano istotnie więcej zarodków niż u odmian rodzicielskich. Procent uzyskanych roślin haploidalnych w stosunku do przeszczepionych zarodków u mieszańców wynosił od 35,1 do 63,1 (średnio 50,4), natomiast u form rodzicielskich od 28,2 do 49,5 (średnio 33,3). Najwięcej roślin haploidalnych na 100 zarodków uzyskano z mieszańców Kornett × Kobra (63,1) i Alidos × Kris (60,7). Można zauważyć, że we wszystkich ośmiu analizowanych kombinacjach krzyżówkowych mieszańce pod względem omawianej cechy okazały się lepsze od form rodzicielskich, przy czym tylko w dwóch przypadkach (Batis × Charger i Kornett × Elena) różnice te były nieistotne. Spośród ośmiu badanych kombinacji w pięciu przypadkach efektywność uzyskiwania haploidów z form mieszańcowych okazała się istotnie większa niż z ich odmian rodzicielskich. Różnice w efektywności między mieszańcami a lepszą z form rodzicielskich największe były w kombinacjach Alidos × Mikon (5,8%), Alidos × Kris (5,1%) i Alidos × Kobra (4,9%).
Należy zaznaczyć, iż mimo występowania różnic między genotypami pszenic formy haploidalne uzyskano ze wszystkich badanych odmian i mieszańców. Fakt ten wskazuje na przewagę metody haploidyzacji pszenicy poprzez krzyżowanie z kukurydzą nad haploidyzacją metodą kultur pylnikowych. W przypadku kultur pylników istnieją bowiem genotypy oporne, które nie poddają się indukcji androgenicznej. Dla takich genotypów krzyżowanie z kukurydzą może być jedyną drogą uzyskania form haploidalnych (Laurie, 1989; Laurie i in., 1990; Suenaga, 1994).
WNIOSKI
Wyższa efektywność uzyskiwania form haploidalnych z mieszańców F1 w
porów-naniu z formami wyjściowymi wynikała z większej liczby zawiązywanych i rozwijaących się w kulturach in vitro zarodków. Fakt ten wskazuje, że w praktyce hodowlanej można metodą krzyżowań z kukurydzą uzyskać haploidy ze wszystkich genotypów, w tym także z mieszańców między formami o niskiej efektywności krzyżowań z kukurydzą.
LITERATURA
Adamski T., Ponitka A., Surma M., Ślusarkiewicz-Jarzina A. 2001. Otrzymywanie linii podwojonych haploidów u zbóż, instrukcja wdrożeniowa. IGR PAN, Poznań.
Barclay I. R. 1975. High frequencies of haploid production in wheat (Triticum aestivum L.) by chromosome elimination. Nature 256: 410 — 411.
Gamborg O. L., Miller R. A., Ojima K. 1968. Nutrient requirements of suspension cultures of soybean root cells. Exp. Cell Res. 50: 157 — 158.
Laurie D. A., Bennett M. D. 1986. Wheat × maize hybridization. Can. J. Genet. Cytol. 28: 313 — 316. Laurie D. A., Bennett M. D. 1988. The production of haploid wheat plants from wheat × maize crosses.
Laurie D. A., Bennett M. D. 1989. The timing of chromosome elimination in hexaploid wheat × maize crosses. Genome 32: 953 — 961.
Laurie D. A., O’Donoughue L. S., Bennet M. D. 1990. Wheat × maize and other wide sexual hybrids: Their potential for genetic manipulation and crop improvement. In: Gene Manipulation in Plant Improvement. II Proc. 19th Stadler Genet. Symp. J. P. Gustafson (ed.), Plenum Press, New York: 95 — 126.
Lefebvre D., Devaux P. 1996. Doubled haploids of wheat × maize crosses: genotypic influence, fertility and inheritance of the 1BL-1RS chromosome. Theor. Appl. Genet. 93: 1267 — 1273.
Lei Z. S., Zhou Y., Hai Y., He X. C., Lin Z. J., Zhang S.C., Yang H. M., Huang B. Y., Lai Q. R. 1996. Efficient wheat haploid production by wheat × maize. Proc. of 5th International Wheat Conference, Ankara, Turkey, 374.
Suenaga K. 1994. Doubled haploid system using the intergeneric crosses between wheat (Triticum aestivum L.) and maize (Zea mays L.). Bulletin of the National Institute of Agrobiological Resources (Japan) 9: 83 — 139.
Wędzony M., Marcińska I., Ponitka A., Ślusarkiewicz-Jarzina A., Woźna J. 1998. Production of doubled haploids in triticale (X Triticosecale Wittm.) by means of crosses with maize (Zea mays L.) using Picloram and Dicamba. Plant Breed. 117: 211 — 215.
Wędzony M., Van Lammeren A. A. M. 1996. Pollen tube growth and early embryogenesis in wheat × maize crosses influenced by 2,4-D. Annals of Botany 77: 639 — 649.
